摘 要
螺杆式粉末定量包装机的结构简单，不需要称重装置，充填效率高，应用十分广泛。螺杆式粉末定量包装机中的主要研究对象时螺杆，其主要原理为通过控制螺杆的旋转圈数或旋转时间来控制被充填物料的重量。
本文结合粉末颗粒物料的运动物理性质，首先运用单质点法对粉末颗粒的下料过程利用数学表达式进行了描述，确定单个粒子的下料轨迹方程，并分析了粉末颗粒在xyz三个方向的速度及加速度的变化。研究了运动中的粉末颗粒的受力情况，以及粉末颗粒的受力与螺杆的几何参数关系。其次分析计算阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含物料容积的公式，阿基米德螺杆的轴向剖面是一个梯形，将整个梯形剖面分成两个三角形与一个矩形，利用积分方法分别求出它们的容积相加后即得整个螺杆导程内所包含粉末物料的容积。再次对螺杆充填的理论功率与实际功率做了分析，得到螺杆充填效率的表达式。为了得到较高的螺杆充填效率，综合考虑螺杆的几何参数和螺杆转速之间的关系。
关键词： 螺杆式；定量包装机；颗粒物料；
Abstract
The powder quantitative packaging machine is simple, do not need weighing device and, with high filling efficiency,the application has been used widespread.
The screw play an important role in powder quantitative packaging machine. The main principle is that it can control the filling material weight by controlling the lap or rotating time. Based on the basic physics of powder materials properties.Firstly,use the mathematical method to descript the powder particles blanking process, determine the trajectory equation of the single particle materials and analyses powder particles velocity in three directions, that is xyz velocity and acceleration of change.Studied the movement of powder particles between the stress of powder particles and the screw geometry parameter relation. Secondly,analysis and calculate the volume of the Archimedes screw Archimedes screw axial profile is a whole trapezoidal profile trapezoid, will be divided into two triangles and a rectangular,using integral method respectively and ask out their volume, and then adding them, the whole screw palpitation’s volume will be get. Thirdly, analysis the theory of power and actual power,getting auger filling efficiency of expression. In order to get a higher auger filling efficiency,need consider the relationship between the screw speed the screw geometric parameters.
Key words: Screw; Quantitative packaging machine; Particulate material
目 录
摘 要 III
Abstract IV
目 录 V
1 绪论 1
1.1课题的研究内容和意义 1
1.2国内外的发展概况 1
1.3课题研究目的和意义 3
1.4 课题研究的主要内容 3
2 粉末充填机总体设计方案 5
2.1 引言 5
2.2 粉末灌装工艺过程及可行性分析 5
2.2.1工艺分析 5
2.2.2总体布局 5
2.3 总体传动系统 6
2.3.1上料系统 6
2.3.2计量充填系统 6
2.3.3输送系统 6
2.3.4自动控制系统 6
2.4 粉末物料的基本性质 6
2.5 同心旋转形成的涡旋机理 6
2.5.1涡旋的定义 6
2.5.2螺杆旋转形成的涡旋机理 6
2.6 本章小结 6
3 粉末颗粒下料的运动分析 6
3.1 引言 6
3.2 粉末颗粒运动轨迹方程 6
3.2.1 研究方法 6
3.2.2 速度分析 6
3.2.3 轨迹方程 6
3.3 粉末颗粒受力分析 6
3.4 容积计算 6
3.4.1 研究方法 6
3.4.2 展开高度 6
3.4.3 三角形区域的容积 6
3.4.4 矩形区域的容积 6
3.5 本章小结 6
4 螺旋输送机结构设计 6
4.1 螺旋输送机的简介 6
4.2 旋输送机总体结构设计 6
4.2.1 电机的选择 6
4.2.2 输送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴 6
4.2.3 螺旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择 6
4.2.4螺旋叶片的表面展开尺寸 6
4.3 驱动端装置设计 6
4.3.1 驱动端轴的最小直径的确定 6
4.3.2 驱动轴的结构设计 6
4.4 中间轴承装置 6
4.5 尾端装置的设计 6
4.5.1计算轴的最小直径 6
4.5.2 尾端轴的结构设计 6
4.6 驱动装置和尾端装置轴的校核 6
4.6.1 驱动装置的受力分析 6
4.6.2 前端轴的校核 6
4.6.3 尾端轴的校核 6
5带式输送机结构简介 6
5.1带式输送机的应用 6
5.2带式输送机的工作原理 6
5.3传动形式与驱动装置 6
5.3.1 传动形式的选择 6
5.3.2 驱动装置的选择 6
6 结论与展望 6
6.1总结 6
6.2问题与展望 6
致 谢 6
参考文献 6
1 绪论
1.1课题的研究内容和意义
最近几年，国内经济飞速发展，大力发展自主知识创新，对积极研发高速度高精度的新产品产生了重要的影响。我国在粉末定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动粉末定量充填包装机技术在我国从八十年代开始发展了将近二十年，发展逐渐壮大，在粉末定量充填的技术上发展已经趋于成熟，可自主生产，不再依赖于进口，但是生产规模较小，产品结构的设计和自主研发环节的能力非常薄弱[1]。之前由于我国经济发展较慢、技术水平不高，粉末定量包装行业长期处于生产效率低下的发展困境，大部分企业仍然是借鉴国外的先进技术和管理经验模式，以此降低生产成本，提高利润。
但随着社会的进步，人民对生活水平要求也不断提高，生活品质也不断提高，尤其在我国进入WTO之后[2]，企业经济不断发展，各个企业面临相互间更大的竞争压力，因此在商品的包装方面，要求也越来越高。其中，比如，我们每天都用到的食盐、糖等日用品，还有洗衣粉、化肥等生产用品，以及病人经常用到的药品和营养食品等都是粉末状物料，粉末颗粒状物料与工农业生产和我们的日常生活密切相关，这些粉末料都需要按各种规格进行定量充填和包装。因此，大力发展粉末料的自动充填机对我国的经济发展有着战略意义。
由于我们国家人口较多，对粉末充填包装商品的消耗量无疑是巨大的，而我国的包装产品发展与国外相比还有一定的差距，因此大多依赖进口，但如果单纯依靠先进的进口设备，成本就会增加，这使我国很多小包装生产企业都难以承受。因此，我们需要大力发展先进的包装科技，加强包装新材料的研发和应用，提高机器零件的加工工艺水平，保证定量充填包装商品的精度，注意减少对自然环境的破坏，保证被包装商品的卫生安全，开发出运行可靠、定量精确、生产效率高的自动定量充填机，提高整个粉末定量包装机械行业的发展水平，满足我国广大的市场需求，争取在广阔的国际市场中占有一席之地[3]。
1.2国内外的发展概况
广阔的市场，繁华的街道，粉末包装机默默的为各行业提出最好的帮助。随着国际科技的发展，日新月异的产品陆续迈向了市场，包装设备也不例外，为适应市场的巨大变化，粉末包装机时刻站在市场的前列，不断创新，先从自身做起，重抓技术和产品质量，开拓先河[4]。目前，国内对塑料挤出机螺杆和食品挤压或者食品膨化螺杆研究较多，而对于充填螺杆的研究相对较少。螺杆的精确加工可以保证螺杆的精度，对充填精度的提高有很大帮助。
改革开放以来，随着大量成套设备的引进及国际间经济技术交流活动的开展，我国科技工作者对我国粉体包装机械给予了足够的重视。现在我国已经能自行设计制造出多种大、中、小型粉体包装机械。除了各种自动计量充填机外，自动制袋、自动上袋、封口或缝口、印字，集装等机械也造出了样机。有的小袋自动包装机质量很好，不仅能满足国内市场需要，而宜还能出口，在国际上受到了好评。有的包装机的技术性能已赶上当代国际先进水平。但总的来看，在这一领域我国与发达国家的差距还较大。主要表现在[5]：
1、科研水平低。我国对粉体物性的测试缺乏现代化的仪器设备，缺乏专业人才。开展学术研究和交流活动也较差。我们在研制这类机械时往往不得不用实际产品做试验，反复多次， 费功、费时、费钱。效果还不理想，使产品的研制周期拖长。
2、自动化程度低。近几年来，许多单位只着重进行了自动计量充填机的研制，缺乏对包装自动线的研制。
3、设备成套性差。机械中的元件、器件或辅助机械往往配套难。如近年来引进了国外气缸制造技术但引进的气缸接口为英制螺纹，在国内难以选购到适合的气路接头。又如气缸用的关节轴承也难以选购到相配的产品。还有，有很多厂生产环带式热封机，但是很难找到能直接用在包装自动线上的热封机。
4 、品种规格少。粉体的种类很多，物理性能差别很大，不可期望研制出一种万用型粉体自动计量充填机，只能针对具体对象采用具体的解决办法，以满足各类用户的不同需要。现在不仅品种少，规格也少，例如计量在1 -10 k g 之内的粉体自动充填机国内还是空白。
5、专业化程度差。现在有许多国产机型刚刚研制出样机，没有改进定型，没有专业化厂家生产，因此外形设计及制造工艺水平较低。
6、设计方式落后。包装机械行业现在还没有普遍采用计算机辅助设计技术，设计周期长，对市场的应变能力差。
7、元件器件质量差。国产元件、器件的质量一般都比进口件差，以电子秤用的称重传感器为例， 国外的产品能用数年不坏， 国产件则远不如它。
8、产品的耐用性、可靠性有待提高。
9、对自动包装机的使用管理方式也落后。国内用户仍然轻视包装作业，不设立专门的技术总管人员，硬将机电一体化的包装机分成几个部分交几个部门分别管理。而且维护人员往往不进行运行前的检查和调整，要等机器用坏了才来修理。这样的管理方式是很难保证机电一体化产品的正常运行的。
为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过程结束。
我国粉末包装机在市场中占有重要地位，但是暂时还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的粉末包装机，但是并没有从根本上改变设备的性能，无非是外型上发生了变化，内部还是原来的材料和装备，这种做法根本无法改变发展现状，想发展就必须彻底改变。
粉体是指固体仰料的粒度在1mm 以下的集合体。在食品、化工、建材等许多行业中常常需要进行粉体或粉粒混合物的计量和包装作业二过去靠人工操作不仅劳动强度大，而且飞杨的粉尘污染环境，有损操作人员的健康，尤其是有毒性粉尘危害更加严重。况且人工操作时计量往往不准确，难免有些散失，有些较贵重的粉体因此造成的经济损失和能源消耗是相当大的。在发达国家中，随着生产的发展及科学技术的进步，这类作业已经实现了自动或半自动的机械化生产。
国外的粉体自动计量充填机在朝着高精度，高速度、高自动化、高可靠性方向发展[6]。一方面不断改进已有机型，另一方面也在按市场需要研制新的机型.其重要的技术措施是尽量利用成功的经验，尽量采用先进技术开展科学研究，改进制造工艺，不仅追求优良的技术性能，而且外观质量和造型设计也很讲究。国外在包装机械设计中较普遍地运用了计算机辅助设计技术，再加上自成体系的标准化工作，所以对市场需求反应较灵活，能较快地设计并制造出新的机型以满足各类用户的不同需要。
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